Marc Oliver Voltz

• Die Oberflächenausprägung von thermogeformten, kontinuierlich faserverstärkten thermoplastischen Mehrschichtlaminaten wird maßgeblich durch die Faserdurchzeichnung (FDZ) bestimmt – ein Abzeichnen der Faserstruktur auf der Bauteiloberfläche aufgrund des unterschiedlichen Ausdehnungsverhaltens von Fasern und Matrix, welches ästhetische oder funktionale Beeinträchtigungen verursachen kann. Diese Arbeit untersucht Einflüsse von Material und Prozess auf die FDZ bei unidirektional kohlenstofffaserverstärktem Polycarbonat und liefert Empfehlungen für die Prozessoptimierung zur wirtschaftlichen Herstellung ästhetisch ansprechender Bauteile mit geringem Nachbearbeitungsaufwand. Die entwickelte Mess- und Analysemethode berücksichtigt die aperiodische Struktur der FDZ und identifiziert Oberflächenkennzahlen zur Bewertung. Die Untersuchung des variothermen Thermoformprozesses zeigt, dass Werkzeugtemperatur, Schließkraft und Haltezeit den größten Einfluss auf die FDZ haben. Interaktionseffekte dieser und weiterer Prozessparameter sowie die Homogenität der Faser-Matrix-Verteilung beeinflussen die FDZ ebenfalls. Ein theoretisches Modell, das Matrixschwindung anhand des pvT-Verhaltens betrachtet, zeigt gute Korrelationen mit den Oberflächenkennzahlen. Basierend auf den Ergebnissen werden Ansätze zur Optimierung der Oberflächenqualität auf Prozess- und Materialseite vorgestellt.
• The surface appearance of thermoformed, continuous fiber-reinforced thermoplastic multi-layer laminates is significantly influenced by fiber print through (FPT) – a marking of the fiber structure on the component surface due to differences in the expansion behavior of fibers and matrix, which can cause aesthetic or functional impairments. This work investigates the influences of material and process on FPT of unidirectional carbon fiber-reinforced polycarbonate and provides recommendations for process optimization for the economical production of aesthetically pleasing components with low post-processing efforts. The measurement and analysis method developed takes into account the aperiodic structure of FPT and identifies surface key figures for evaluation. The investigation of the variothermal thermoforming process shows that mold temper- ature, clamping force and holding time have the greatest influence on FPT. Interaction effects of these and other process parameters as well as the homogeneity of the fiber-matrix distribution also influence FPT. A theoretical model that considers the matrix shrinkage matrix based on the pvT behavior shows good correlations with the surface key figures. Based on these results, approaches for optimizing the surface quality considering process and material are presented.